电子教材-大学物理综合应用及设计(河北工业大学物理实验中心)

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1、实验1控制电路原理及其应用设计一、目的要求1．了解和比较用变阻器进行制流和分压两种接法在性能上的区别及其实际应用。2．利用制流和分压两种方法设计控制电路。二、仪器装置直流伏特计、电阻箱、变阻器（550Ω、55Ω）、1500Ω内阻伏特计、电源（可调）等。三、实验原理使用变阻器控制电路的电压（或电流），使电路的电压（或电流）达到某一指定的数值，或者使它在一定范围内连续变化，因为带电的实验和电器设备中普遍用电阻器组成控制电路，所以学习研究控制电路的应用设计,有着实际的意义。从研究控制电路的角度来看，一个实验电路可分为

2、电源（给出一定的电压）、控制电路、测量电路三部分。测量电路是先根据实验的要求来确定好的。例如，要校准某一安培表，先要选好标准安培表，使它和待校安培表串联，这就是测量电路；测量电路既已确定，总可以把它抽象地用一个电阻R来代表，该电阻R称为负载。根据负载所要求的电压值V和电流值I（V=IR），就可以选定电源。一般只要选电源电压E大于V，电源的额定电流大于I就可以。负载和电源都确定后，就可以设计控制电路。控制电路有制流和分压两种基本的接法，为了设计好控制电路，先分析这两种接法的性能和特点：（一）制流电路（如图1-1所

3、示）1．调节范围E当C移至A端时，负载上的电压最大，VM=E，相应地电流也最大，I=。MR当C移至B端时，变阻器全部串入回路，负载上的电压、电流均最小。令Ｒ表示变阻器的全电阻，则有０RV=E（1-1）mR+R0EI=（1-2）mR+R0图1-1制流电路以上两式表明：制流电路的电压调节范围是R，相应地电流的调节范围是EE，调节范围跟E→E→R+RR+RR00变阻器的阻值有关，R0越大则Vm越小,调节范围越大。2．细调程度负载上的电压改变是靠推动变阻器的活动接头实现，但实际上，即使很细心推动活动接头，其位移总有一定

4、的数值，对绕线变阻器来说，位移至少是绕丝的一个圈，若绕丝的一圈电阻值为∆R，那么控制电阻值的变化至少0是∆R，负载上电压的最小改变量()∆V必然也受限制。因0mREV=R+RACRE微分得∆V=∆R，20(R+R)AC2V(∆V)=∆R(1-3)m0E•R1∆R20同理，回路电流I的最小改变量是(∆I)=I(1-4)mE式（1-3）表明，当电路的所有元件确定后(E，R，∆R都一定)，负载上的电压越小，（∆V）m越小，控制电路能0够较精细地改变负载的电压，但随着V的增加，（∆V）m成平方地增加，细调的能力迅速下降

5、。（二）分压电路（如图1-2所示）1．调节范围活动接头C从A移到B，V就从零变到E,调节范围和变阻器阻值无关。2．细调程度RRAC根据V=E,RR+RRBCAC0可分三种情况进行讨论：即R>>R0；R<

6、R>>R0，兼顾省电的原则，适当选择R0。3．根据实验经验，先估计一下细调程度是否足够，如果不能满足要求，可加接变阻器做细调。四、实验内容与步骤（一）考察制流电路的性能。1．电路如图1-3。考察电路的调节范围，并记录下负载上不同电压值时，变阻器活动头C所在的位置，以C的位置为横坐标，电压值V为纵坐标作图。2．在负载上电压V较小（或I较小）时，把变阻器活动头C移动1小格，记录下对应的电压改变量∆V，根据ΔV，估算活动接头C移动0.5小格引起的电压变化。这就是细调所能达到的大致限额了。3．加接细调变阻器，考察细调有

7、多大改进。60mA60KACK600V501500BVR6V16V600K图1-2分压电路图1-3制流电路图1-4分压电路（二）考察分压电路的性能1．电路如图1-4，负载可以只用1个内阻为1500Ω的伏特计，先只接主控变阻器（可用550Ω的变阻器），对分压电路作同上面一样的考察。2．把变阻器换为3000Ω，重复上面的考察。3．作分压电路的活动接头C位置与电压曲线图时，应把R0=550Ω、R0=3000Ω以及R0<

8、1:10，如果这个比值更大些，例如1:100，有没有好处?2．要求在一个电容器上加10V电压，误差不大于0.1V，试为它设计控制电路。3．若在160Ω的负载电阻上，通过0.01A电流,要求电流的误差为1μA，试为它设计控制电路。2实验2交流电路的谐振现象一、目的要求1．观察了解交流电路的谐振现象、交流电路产生谐振的条件及特征；2．学习掌握谐振电路的品质因数Q、谐振曲线的测量方法。二、仪